CN110082076A - 用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备及其检测方法，该设备包括电动旋转台、传感器、光纤夹持治具以及控制器，所述传感器固定在所述电动旋转台上，所述传感器具有用于感应光强的感应点，所述光纤夹持治具位于所述电动旋转台一侧且具有朝向电动旋转台的旋转轴线的光纤固定孔，所述光纤固定孔的高度与所述感应点的高度一致，所述电动旋转台和所述传感器均与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述电动旋转台旋转并记录电动旋转台的旋转角度以及传感器旋转到各个角度时感应的光强度信息，并根据记录的旋转角度以及对应的光强度值判断光纤透镜出光光束偏轴角度。本发明可对偏轴度直接进行测量，具有较高的测试稳定性，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及光纤检测技术领域，尤其涉及一种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备及其检测方法。
背景技术
光纤透镜从原理上来说，是以光纤作为材料，在其中一端采用研磨、雕刻、熔融拉制等方法加工出特定几何特征，然后再通过抛光使得前端形成微小透镜的一种产品。
由于是再次加工，不可避免的会出现加工特征与光纤材料本身的纤芯出现偏离的现象。而这种加工后几何尺寸上的偏离会造成光纤内的光线经过透镜后出射，出射光的光轴与光纤的轴线不同轴的问题。
由于光的传播路径可逆，存在出射光偏轴的光纤透镜，其最佳的耦合方式应是将透镜的出射光轴与激光器出射光轴重合，但由于光轴的不可见特性，激光器耦合过程中一般是采用光纤材料轴对准的方式。所以如果光纤透镜本身存在出光偏轴现象，会直接影响到耦合效率，并且在耦合台上不易调试。
光纤透镜出射光偏轴度在现有市面在售的光束分析仪上无法直接进行测量；市面在售的光束分析仪原理上有两种：a. CCD面阵作为传感器，b. InGaAs或者Ge探测器作为传感器。CCD面阵式光束分析仪是通过CCD面阵上各像素点得到投射到传感器上的光束亮度分布信息，从而还原出光束在该界面上的能量分布，再结合CCD点阵分布的尺寸与能量分布信息得到光束界面的尺寸。InGaAs或者Ge探测器作为传感器，由于探测器本身不能像CCD面阵一样读到点阵分布尺寸信息，只能在外部增加扫描机构间接得到光斑强度与尺寸位置的对应关系。
两种原理的光束分析仪都存在如下问题：1. 都无法直接测得光纤透镜出光光束偏轴角度指标，如果需要对光束的某种指标进行评价，需要利用光束分析仪的各种读值进行计算或者二次开发测试软件来实现。2. 由于被测光为发散光，光纤会以不同角度到达传感器表面，不同入射角在传感器表面的反射率会有略微差异，需要后期利用软件进行补偿。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备及其检测方法，旨在用于解决现有的光束分析仪无法直接测得光纤透镜出光光束偏轴角度的问题。
本发明是这样实现的：
一方面，本发明提供一种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：包括电动旋转台、传感器、光纤夹持治具以及控制器，所述传感器固定在所述电动旋转台上，所述传感器具有用于感应光强的感应点，所述光纤夹持治具位于所述电动旋转台一侧且具有朝向电动旋转台的旋转轴线的光纤固定孔，所述光纤夹持治具的光纤固定孔的高度与所述传感器的感应点的高度一致，所述电动旋转台和所述传感器均与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述电动旋转台旋转并记录电动旋转台的旋转角度以及传感器旋转到各个角度时感应的光强度信息，并根据记录的旋转角度以及对应的光强度值判断光纤透镜出光光束偏轴角度。
进一步地，所述传感器采用InGaAs传感器，所述传感器的表面覆盖有遮光板，所述遮光板上具有狭缝，所述传感器表面对应狭缝的位置为感应点。
进一步地，还包括移动导轨，所述光纤夹持治具滑动设置在所述移动导轨上，所述移动导轨用于带动所述光纤夹持治具在光纤装夹位和光纤测试位之间移动。
进一步地，还包括三维微调架，所述光纤夹持治具固定在所述三维微调架上，所述三维微调架滑动设置在所述移动导轨上。
进一步地，还包括位于光纤装夹位一侧的第一光纤定位监控CCD，用于检测光纤装夹是否到位。
进一步地，还包括位于光纤测试位一侧的第二光纤定位监控CCD以及位于光纤测试位上方的第三光纤定位监控CCD，所述第二光纤定位监控CCD和所述第三光纤定位监控CCD用于检测光纤前端的透镜是否位于电动旋转平移台的旋转轴线上。
进一步地，所述传感器的感应点与所述电动旋转平移台的旋转轴线之间的距离为10-20mm。
进一步地，所述电动旋转台上还安装有旋转编码器，所述旋转编码器与所述控制器电连接。
另一方面，本发明实施例还提供一种检测光纤透镜出光光束偏轴角度的方法，采用上述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，该方法包括以下步骤：
（1）初始状态时光纤装夹治具处于光纤装夹位，将光纤装夹到光纤装夹治具上，光纤穿过光纤固定孔且光纤前端透镜穿出光纤固定孔一定距离；
（2）光纤装夹治具沿着移动导轨运动到光纤检测位，使得光纤前端的透镜位于电动旋转平移台的旋转轴线上；
（3）测试之前传感器处于初始零点位置，其感应点与光纤轴线对准，控制器控制电动旋转台带动传感器在一定角度内旋转，旋转过程中控制器记录电动旋转台的旋转角度以及传感器旋转到各个角度时感应的光强度信息，从记录的信息中找到光强度最大值以及对应的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束偏轴角度。
进一步地，从记录的信息中找到光强为光强度最大值一半时的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束的发散角。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备及其检测方法，通过控制器记录电动旋转台的旋转角度以及传感器旋转到各个角度时感应的光强度信息，并从记录的信息中找到光强度最大值以及对应的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束偏轴角度，从而可对偏轴度直接进行测量，同时具有较高的测试稳定性。由于不需要在电脑端通过软件对整个透射光斑强度进行分析及处理，需要演算的数据量大大减小，相对于市面在售的光束分析仪，针对光纤透镜出光偏轴角度检测的效率高。同时在扫描过程中记录下了各个角度的光强度信息，针对描述光束发散角的两种定义（强度水平FWHM、e2/1）也可直接实现测量，一次扫描即可得到偏轴度、发散角两个测量值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备的侧视图；
图2为本发明实施例提供的一种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备主视图；
图3为本发明实施例提供的一种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备测试状态的主视图。
附图标记说明：1-底板、2-电动旋转台、3-传感器、31-狭缝、4-光纤夹持治具、41-光纤固定孔、5-移动导轨、6-三维微调架、7-第一光纤定位监控CCD、8-第二光纤定位监控CCD、9-第三光纤定位监控CCD。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，包括底板1以及设置于底板1上的电动旋转台2、传感器3和光纤夹持治具4，还包括控制器，所述传感器3固定在所述电动旋转台2上，可以围绕所述电动旋转台2的旋转轴线做大于180度的旋转，所述传感器3具有用于感应光强的感应点，由于感应点的面积较小，只能感应光束某一个角度对应的光强，而不是整个光束的光强，所以可以对光束某一个角度的光强度值进行检测。所述光纤夹持治具4位于所述电动旋转台2一侧且具有朝向电动旋转台2的旋转轴线的光纤固定孔41，所述光纤固定孔41的高度与所述传感器3的感应点的高度一致，从而当透镜光纤固定在光纤固定孔41中时可以通过调整光纤前后位置使得光纤前端透镜位于电动旋转台2的旋转轴线上且与传感器3的感应点的高度一致，这样当传感器3旋转时光纤前端透镜与传感器3的感应点的距离始终保持不变，防止因距离变化对传感器3感应的光强度值造成影响。所述电动旋转台2和所述传感器3均与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述电动旋转台2旋转并记录电动旋转台2的旋转角度以及传感器3旋转到各个角度时感应的光强度信息，并根据记录的旋转角度以及对应的光强度值判断光纤透镜出光光束偏轴角度，具体通过从记录的信息中找到光强度最大值以及对应的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束偏轴角度。进一步地还可以从记录的信息中找到光强为光强度最大值一半时的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束的发散角。
本发明实施例提供的这种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，通过控制器记录电动旋转台2的旋转角度以及传感器3旋转到各个角度时感应的光强度信息，并从记录的信息中找到光强度最大值以及对应的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束偏轴角度，从而可对偏轴度直接进行测量，同时具有较高的测试稳定性。由于不需要在电脑端通过软件对整个透射光斑强度进行分析及处理，需要演算的数据量大大减小，相对于市面在售的光束分析仪，针对光纤透镜出光偏轴角度检测的效率高。同时在扫描过程中记录下了各个角度的光强度信息，针对描述光束发散角的两种定义（强度水平FWHM、e2/1）也可直接实现测量，一次扫描即可得到偏轴度、发散角两个测量值。
所述传感器3优选为灵敏度较高的InGaAs传感器，现有的InGaAs传感器的整个表面都能够感应光强信息，本实施例在InGaAs传感器的表面覆盖有遮光板，所述遮光板上具有狭缝31，只有与狭缝31位置对应的光束才能够通过狭缝31到达传感器3的表面，所述传感器3表面对应狭缝的位置即为感应点。
作为本实施例的优选，所述传感器3的感应点与所述电动旋转平移台的旋转轴线之间的距离为10-20mm，该范围下测得的结果更加准确。
进一步优选的，所述传感器3的表面与所述电动旋转台2的径向垂直，这样光束即便是呈发散状，传感器3旋转时光束通过传感器3表面的狭缝31到达传感器3表面时的入射状态完全一致，避免了不同入射角在传感器3表面的反射率会有略微差异，从而不需要后期利用软件对差异进行补偿。
如图2和图3所示，作为本实施例的优选，还包括移动导轨5，所述光纤夹持治具4滑动设置在所述移动导轨5上，所述移动导轨5用于引导所述光纤夹持治具4在光纤装夹位和光纤测试位之间移动，移动的过程中保证光纤的朝向不变，从而在光纤装夹位将光纤装夹好后，光纤夹持治具4通过移动导轨5移动到光纤测试位，使得光纤前端透镜位于电动旋转台2的旋转轴线上，通过将光纤装夹位与光纤测试位分开设置，方便在光纤装夹位对光纤进行装夹和擦拭等操作。进一步优选地，还包括三维微调架6，所述光纤夹持治具4固定在所述三维微调架6上，所述三维微调架6滑动设置在所述移动导轨5上，从而可以通过三维微调架6对光纤的位置进行微调，使其位置更加精确。
如图2和图3所示，继续优化上述实施例，还包括位于光纤装夹位一侧的第一光纤定位监控CCD7，用于检测光纤装夹是否到位，然后根据检测的结果对光纤的位置进行微调，还可以用于检测光纤表面是否清洁。进一步地，还包括位于光纤测试位一侧的第二光纤定位监控CCD8以及位于光纤测试位上方的第三光纤定位监控CCD9，所述第二光纤定位监控CCD8和所述第三光纤定位监控CCD9用于检测光纤前端的透镜是否位于电动旋转平移台的旋转轴线上，通过第二光纤定位监控CCD8和第三光纤定位监控CCD9分别对光纤前端透镜的垂向位置和水平位置进行检测，然后根据检测的结果对光纤前端透镜的位置进行微调，使其定位精确，从而提高光纤透镜出光光束偏轴角度检测的精度。
作为优选地，所述电动旋转台2上还安装有旋转编码器，所述旋转编码器与所述控制器电连接，通过旋转编码器对电动旋转台2的旋转角度进行监控，使得记录的旋转角度信息更加准确。
本发明实施例还提供一种检测光纤透镜出光光束偏轴角度的方法，采用上述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，该方法包括以下步骤：
（1）初始状态时光纤装夹治具处于光纤装夹位，将光纤装夹到光纤装夹治具上，光纤穿过光纤固定孔41且光纤前端透镜穿出光纤固定孔41一定距离；装夹后可通过第一光纤定位监控CCD7检测光纤装夹是否到位，然后根据检测的结果通过三维微调架6对光纤的位置进行微调。
（2）光纤装夹治具沿着移动导轨5运动到光纤检测位，使得光纤前端的透镜位于电动旋转平移台的旋转轴线上；移动到位后可通过第二光纤定位监控CCD8和第三光纤定位监控CCD9分别对光纤前端透镜的垂向位置和水平位置进行检测，然后根据检测的结果对光纤前端透镜的位置进行微调，使其位置精确。
（3）测试之前传感器3处于初始零点位置，其感应点与光纤轴线对准，控制器控制电动旋转台2带动传感器3在一定角度内旋转，旋转过程中控制器记录电动旋转台2的旋转角度以及传感器3旋转到各个角度时感应的光强度信息，从记录的信息中找到光强度最大值以及对应的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束偏轴角度。
进一步地，从记录的信息中找到光强为光强度最大值一半时的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束的发散角，从而一次扫描即可得到偏轴度、发散角两个测量值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：包括电动旋转台、传感器、光纤夹持治具以及控制器，所述传感器固定在所述电动旋转台上，所述传感器具有用于感应光强的感应点，所述光纤夹持治具位于所述电动旋转台一侧且具有朝向电动旋转台的旋转轴线的光纤固定孔，所述光纤夹持治具的光纤固定孔的高度与所述传感器的感应点的高度一致，所述电动旋转台和所述传感器均与所述控制器电连接，所述控制器用于控制所述电动旋转台旋转并记录电动旋转台的旋转角度以及传感器旋转到各个角度时感应的光强度信息，并根据记录的旋转角度以及对应的光强度值判断光纤透镜出光光束偏轴角度。
2.如权利要求1所述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：所述传感器采用InGaAs传感器，所述传感器的表面覆盖有遮光板，所述遮光板上具有狭缝，所述传感器表面对应狭缝的位置为感应点。
3.如权利要求1所述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：还包括移动导轨，所述光纤夹持治具滑动设置在所述移动导轨上，所述移动导轨用于带动所述光纤夹持治具在光纤装夹位和光纤测试位之间移动。
4.如权利要求3所述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：还包括三维微调架，所述光纤夹持治具固定在所述三维微调架上，所述三维微调架滑动设置在所述移动导轨上。
5.如权利要求4所述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：还包括位于光纤装夹位一侧的第一光纤定位监控CCD，用于检测光纤装夹是否到位。
6.如权利要求4所述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：还包括位于光纤测试位一侧的第二光纤定位监控CCD以及位于光纤测试位上方的第三光纤定位监控CCD，所述第二光纤定位监控CCD和所述第三光纤定位监控CCD用于检测光纤前端的透镜是否位于电动旋转平移台的旋转轴线上。
7.如权利要求1所述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：所述传感器的感应点与所述电动旋转平移台的旋转轴线之间的距离为10-20mm。
8.如权利要求1所述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：所述电动旋转台上还安装有旋转编码器，所述旋转编码器与所述控制器电连接。
9.一种检测光纤透镜出光光束偏轴角度的方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，该方法包括以下步骤：
（1）初始状态时光纤装夹治具处于光纤装夹位，将光纤装夹到光纤装夹治具上，光纤穿过光纤固定孔且光纤前端透镜穿出光纤固定孔一定距离；
（2）光纤装夹治具沿着移动导轨运动到光纤检测位，使得光纤前端的透镜位于电动旋转平移台的旋转轴线上；
（3）测试之前传感器处于初始零点位置，其表面的狭缝与光纤轴线对准，控制器控制电动旋转台带动传感器在一定角度内旋转，旋转过程中控制器记录电动旋转台的旋转角度以及传感器旋转到各个角度时感应的光强度信息，从记录的信息中找到光强度最大值以及对应的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束偏轴角度。
10.如权利要求9所述的用于检测光纤透镜出光光束偏轴角度的设备，其特征在于：从记录的信息中找到光强为光强度最大值一半时的角度位置，该角度位置相对于初始零点的偏移角度值即为光纤透镜出光光束的发散角。
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